一種液化地基模型試驗裝置及方法
【專利摘要】一種液化地基模型試驗裝置及方法，屬于巖土工程技術(shù)領(lǐng)域。包括模型箱、豎直振動裝置、地基模型和固定殼體，模型箱是由鋼板組成的箱式結(jié)構(gòu)，通過箱體底部的連接塊和豎直振動裝置固定在一起，第一支柱固定在地上；第一滑套套在第一支柱上，能夠沿著第一支柱在豎直方向滑動；第一連接桿固定在第一滑套上，能夠隨著第一滑套上下滑動，第二支柱固定在地上；第二滑套套在第二支柱上，能夠沿著第二支柱在豎直方向滑動；第二連接桿固定在第二滑套上，能夠隨著第二滑套上下滑動，模型箱分別連接第一連接桿和第二連接桿，連接塊(Q1此處應(yīng)為：第一連接桿和第二連接桿)和第一滑套(Q2此處應(yīng)為：第一滑套和第二滑套)能夠使連接塊與橡膠空氣彈簧接觸穩(wěn)定；橡膠空氣彈簧的兩端都由封端板封閉。
【專利說明】
一種液化地基模型試驗裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明涉及一種液化地基模型試驗裝置及方法，屬于巖土工程技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]目前我國的高邊坡穩(wěn)定在巖土工程中是一個比較突出問題的實際情況。露天礦高邊坡穩(wěn)定與否直接影響到露天礦的安全和經(jīng)濟(jì)效益，但是在露天礦高邊坡實際研究中的模型試驗方面，專家學(xué)者僅對特定的單位、單一的條件、缺少普遍實用意義的范圍內(nèi)進(jìn)行研究工作；目前學(xué)界在理論建立和實際應(yīng)用中都缺少相應(yīng)的、科學(xué)的、具有實際建設(shè)指導(dǎo)意義的高邊坡模型試驗系統(tǒng)。
[0003]振動是邊坡穩(wěn)定性的一個重要因素。振動會使土坡土質(zhì)變得疏松，特別對含水量高的細(xì)砂、粉砂土等，因受振動而液化，都能夠能導(dǎo)致土方邊坡失穩(wěn)。邊坡作用力的改變造成邊坡滑動。如在邊坡開挖，在邊坡堆放材料，打粧、車輛行駛、爆破、地震等引起的振動，破壞了原來的平衡狀態(tài)。同時，也是液化的誘因。
[0004]空氣彈簧的原理:在密閉的壓力缸內(nèi)充入惰性氣體或者油氣混合物，使腔體內(nèi)的壓力高于大氣壓的幾倍或十幾倍，利用活塞桿的橫截面積小于活塞的橫截面積從而產(chǎn)生的壓力差來實現(xiàn)活塞桿的運動。
[0005]由于原理上的根本不同，空氣彈簧比普通彈簧有著很顯著的優(yōu)點:相對速度緩慢、動態(tài)力變化不大(一般在1: 1.2以內(nèi))、容易控制;缺點是相對體積沒有螺旋彈簧小，成本高、壽命相對短。
[0006]空氣彈簧具有工作高度能夠隨時調(diào)節(jié)，剛度能夠通過附加氣室的容積和有效面積來進(jìn)行改變，彈簧系統(tǒng)具有幾乎不變的性能等優(yōu)點。空氣彈簧具有非線性特性，其剛度隨載荷而變，因而在任何載荷下其自振頻率幾乎不變;空氣彈簧能承受軸向載荷和徑向載荷，通過調(diào)節(jié)橡膠氣囊內(nèi)部壓縮空氣的壓力能夠得到不同的承載性能?？諝鈴椈傻膭偠?、縱向高度、橡膠腔內(nèi)容積、承載性能將隨著承載的重量的增加、減少發(fā)生周期的、柔和的柔性變化，這樣子就實現(xiàn)了力的柔和傳承、振動的有效控制。因此考慮將空氣彈簧應(yīng)用于振動臺模型，從而應(yīng)用于液化試驗?zāi)Ｐ汀?br>[0007]簡化模型試驗系統(tǒng)，使用較簡單的設(shè)備和較直觀容易的方法模擬試驗真實情況。模型是科學(xué)研究中最基本的方法之一，它在各門學(xué)科中，尤其在自然科學(xué)中得到了廣泛的應(yīng)用，而模型的簡化在理學(xué)、工學(xué)等方面起著重要作用，它能夠極大簡化對研究對象的處理，特別是在一些復(fù)雜的工程問題，能夠讓問題在不違背客觀條件的前提下簡化問題的算法，模型等，進(jìn)而在較復(fù)雜的工程問題面前更快更有效更好的解決(Q5此段及以上的五段:都應(yīng)刪除)。
[0008]通常，(Q6此處應(yīng)為:地基液化是地基基礎(chǔ)地震破壞的主要原因之一，近年來全球發(fā)生的多起地震，引起了大量的地基液化震害發(fā)生，并造成了巨大的生命和財產(chǎn)損失。自然條件下，)地下水的壓力與土壤層間的壓力維持一個平衡狀態(tài)，地下水與土壤層之間保持接口上的穩(wěn)定，并不會侵入上面的土層。但是當(dāng)?shù)叵滤艿秸駝訒r，地下水的移動情形將大過砂土能將多余的水分排出的速率。土層顆粒的承載力頓時會被水給取代，土壤結(jié)構(gòu)內(nèi)部會變成像液體一樣能夠流動的情形，引起土壤的大量變形，最終會導(dǎo)致整個地盤失去承載能力(Q7此處應(yīng)為:在地震動荷載的作用下，土體中超孔隙水壓力急劇上升，而有效平均應(yīng)力降低直至為零，土顆粒處于懸浮狀態(tài)，此時砂土就發(fā)生了液化。由于液化后土體的抗剪強(qiáng)度和剪切模量都顯著降低，導(dǎo)致了地基承載力不足、震陷過大，直至破壞失穩(wěn))。土壤液化發(fā)生的區(qū)域容易造成地上建筑物的傾斜、下陷、結(jié)構(gòu)性損壞、甚至倒塌的情形。當(dāng)前，還沒有一種簡單實用的能夠觀測和研究地基液化時地上建筑物沉降情況的試驗裝置及方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足(Q8此處應(yīng)為:有鑒于此)，本發(fā)明提供一種液化地基模型試驗裝置。
[0010]一種液化地基模型試驗裝置，包括模型箱、豎直振動裝置、地基模型和固定殼體，模型箱是由鋼板組成的箱式結(jié)構(gòu)，通過箱體底部的連接塊和豎直振動裝置固定在一起，第一支柱固定在地上;第一滑套套在第一支柱上，能夠沿著第一支柱在豎直方向滑動;第一連接桿固定在第一滑套上，能夠隨著第一滑套上下滑動，第二支柱固定在地上;第二滑套套在第二支柱上，能夠沿著第二支柱在豎直方向滑動;第二連接桿固定在第二滑套上，能夠隨著第二滑套上下滑動，模型箱分別連接第一連接桿和第二連接桿，連接塊(Q9此處應(yīng)為:第一連接桿和第二連接桿)和第一滑套(Q1此處應(yīng)為:第一滑套和第二滑套)能夠使連接塊與橡月父空氣彈貪接觸穩(wěn)定;橡膠空氣彈貪的兩端都由封端板封閉。
[0011]橡膠空氣彈簧內(nèi)層是氣密性橡膠層，橡膠空氣彈簧外層是耐介質(zhì)老化的橡膠層，橡膠空氣彈簧中間是曲囊，橡膠空氣彈簧內(nèi)置腰環(huán);底座用來支撐和控制橡膠空氣彈簧。
[0012]模型箱的外面包圍上部殼體，上部殼體的殼體座由四根腿柱支撐，殼體座通過中空桌面和上部殼體連成一體。
[0013]—種液化地基模型試驗方法，含有以下步驟；
[0014]首先把帶地基模型的模型箱固定到豎直振動裝置的橡膠空氣彈簧上面，然后將固定殼體套在模型箱的外面，最后啟動豎直振動裝置，當(dāng)橡膠空氣彈簧膨脹時，頂起模型箱豎直向上運動，模型箱的連接塊帶動第一連接桿和第二連接桿一起豎直向上運動，由于第一滑套與第一連接桿是固定連接而且套在第一支柱上，所以第一滑套也隨著第一連接桿一起豎直向上運動；由于第二滑套與第二連接桿是固定連接而且套在第二支柱上，所以第二滑套也隨著第二連接桿一起豎直向上運動；
[0015]當(dāng)橡膠空氣彈簧收縮時，模型箱豎直向下運動，模型箱的連接塊帶動第一連接桿和第二連接桿一起豎直向下運動，所以第一滑套隨著第一連接桿和第二滑套隨著第二連接桿一起豎直向下運動，重復(fù)以上振動過程，模型箱中的地基模型就會發(fā)生液化，地上建筑物就會發(fā)生傾斜、下陷、結(jié)構(gòu)性損壞、甚至倒塌的情形，達(dá)到液化地基模型試驗的效果。
[0016]本發(fā)明的優(yōu)點是:(補(bǔ)充)
[0017]1.能夠直觀形象的模擬出土壤發(fā)生液化的過程，該功能主要由豎直振動裝置和地基模型實現(xiàn)；
[0018]2.介紹了一種液化地基模型試驗的詳細(xì)步驟，不僅操作簡單，而且能夠很有效的模擬出地基液化時，地上建筑物的穩(wěn)定性情況。
[0019]本試驗裝置結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉，使用方便，不僅能夠直觀形象的模擬出土壤發(fā)生液化的過程，，而且能夠?qū)ν寥酪夯^程中，地上建筑物發(fā)生的傾斜、下陷、結(jié)構(gòu)性損壞、甚至倒塌的情形進(jìn)行有效的模擬和觀測及分析。
【附圖說明】
[0020]當(dāng)結(jié)合附圖考慮時，通過參照下面的詳細(xì)描述，能夠更完整更好地理解本發(fā)明以及容易得知其中許多伴隨的優(yōu)點，但此處所說明的附圖用來提供對本發(fā)明的進(jìn)一步理解，構(gòu)成本發(fā)明的一部分，本發(fā)明的示意性實施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對本發(fā)明的不當(dāng)限定，如圖其中:
[0021 ]圖1:為本發(fā)明的液化地基模型試驗裝置整體示意圖；
[0022]圖2:為本發(fā)明的模型箱結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]圖3:為本發(fā)明的豎直振動裝置結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024]圖4:為本發(fā)明的地基模型結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025]圖5:為本發(fā)明的固定殼體結(jié)構(gòu)不意圖；
[0026]圖6:為本發(fā)明的液化地基模型試驗裝置向上振動結(jié)構(gòu)示意圖；
[0027]圖7:為本發(fā)明的液化地基模型試驗裝置向下振動結(jié)構(gòu)示意圖；
[0028]下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進(jìn)一步說明。
【具體實施方式】
[0029]顯然，本領(lǐng)域技術(shù)人員基于本發(fā)明的宗旨所做的許多修改和變化屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0030]本技術(shù)領(lǐng)域技術(shù)人員能夠理解，除非特意聲明，這里使用的單數(shù)形式“一”、“一個”、“所述”和“該”也能夠包括復(fù)數(shù)形式。應(yīng)該進(jìn)一步理解的是，本發(fā)明的說明書中使用的措辭“包括”是指存在所述特征、整數(shù)、步驟、操作、元件和/或組件，但是并不排除存在或添加一個或多個其他特征、整數(shù)、步驟、操作、元件、組件和/或它們的組。應(yīng)該理解，當(dāng)我們稱元件被“連接”或“耦接”到另一元件時，它能夠直接連接或耦接到其他元件，或者也能夠存在中間元件。此外，這里使用的“連接”或“耦接”能夠包括無線連接或耦接。這里使用的措辭“和/或”包括一個或更多個相關(guān)聯(lián)的列出項的任一單元和全部組合。
[0031]本技術(shù)領(lǐng)域技術(shù)人員能夠理解，除非另外定義，這里使用的所有術(shù)語(包括技術(shù)術(shù)語和科學(xué)術(shù)語)具有與本發(fā)明所屬領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員的一般理解相同的意義。還應(yīng)該理解的是，諸如通用字典中定義的那些術(shù)語應(yīng)該被理解為具有與現(xiàn)有技術(shù)的上下文中的意義一致的意義，并且除非像這里一樣定義，不會用理想化或過于正式的含義來解釋。
[0032]為便于對本發(fā)明實施例的理解，下面將結(jié)合附圖以幾個具體實施例為例做進(jìn)一步的解釋說明，且各個實施例并不構(gòu)成對本發(fā)明實施例的限定。
[0033]實施例1:如圖1、圖2、圖3、圖4、圖5、圖6、圖7所示，一種液化地基模型試驗裝置，包括模型箱1、豎直振動裝置2、地基模型3和固定殼體4，模型箱I是由鋼板1.1組成的箱式結(jié)構(gòu)，通過箱體底部的連接塊1.2和豎直振動裝置2固定在一起，
[0034]第一支柱2.1固定在地上；第一滑套2.2套在第一支柱2.1上，能夠沿著第一支柱2.1在豎直方向滑動;第一連接桿2.3固定在第一滑套2.2上，能夠隨著第一滑套2.2上下滑動，
[0035]第二支柱2.6固定在地上；第二滑套2.7套在第二支柱2.6上，能夠沿著第二支柱2.6在豎直方向滑動;第二連接桿2.8固定在第二滑套2.7上，能夠隨著第二滑套2.7上下滑動，
[0036]模型箱I分別連接第一連接桿2.3和第二連接桿2.8，連接塊1.2(QlI此處應(yīng)為:第一連接桿2.3和第二連接桿2.8)和第一滑套2.2(Q12此處應(yīng)為:第一滑套2.2和第二滑套2.7)能夠使連接塊與橡I父空氣彈貪2.4接觸穩(wěn)定;橡I父空氣彈貪2.4的兩端都由封端板封閉，橡膠空氣彈簧2.4內(nèi)層是氣密性橡膠層，橡膠空氣彈簧2.4外層是耐介質(zhì)老化的橡膠層，橡膠空氣彈簧2.4中間是曲囊，橡膠空氣彈簧2.4內(nèi)置腰環(huán);底座2.5用來支撐和控制橡膠空氣彈簧2.4，
[0037]地上建筑物3.1底部的一小段固定在地基3.2上;地基3.2位于地上建筑物3.1和地下水3.3之間;地下水3.3位于模型箱的最下面，有一定的水壓力，
[0038]上部殼體4.1包圍在模型箱I的外面，作用是使模型箱I上下振動平穩(wěn)，在其上方能夠俯視觀察液化地基模型的變化情況。殼體座4.2由四根腿柱支撐，殼體座4.2通過中空桌面和上部殼體4.1連成一體。
[0039]實施例2:如圖1、圖2、圖3、圖4、圖5、圖6、圖7所示，一種液化地基模型試驗裝置，用于模擬液化地基的模型試驗裝置，能夠用來模擬地基因受到振動而發(fā)生液化，導(dǎo)致地上建筑物傾斜、下陷、結(jié)構(gòu)性損壞、甚至倒塌的情形。
[0040]一種液化地基模型試驗裝置，包括模型箱1、豎直振動裝置2、地基模型3和固定殼體4，模型箱I是由鋼板1.1組成的箱式結(jié)構(gòu)，通過箱體底部的連接塊1.2和豎直振動裝置2固定在一起。
[0041 ]第一支柱2.1固定在地上；第一滑套2.2套在第一支柱2.1上，能夠沿著第一支柱2.1在豎直方向滑動;第一連接桿2.3固定在第一滑套2.2上，能夠隨著第一滑套2.2上下滑動，連接著連接塊1.2(Q13此處應(yīng)為:第一連接桿2.3和第二連接桿2.8)和第一滑套2.2(Q14此處應(yīng)為:第一滑套2.2和第二滑套2.7)能夠使連接塊與橡膠空氣彈簧2.4接觸穩(wěn)定;橡膠空氣彈簧2.4的兩端都由封端板封閉，內(nèi)層是氣密性橡膠層，外層是耐介質(zhì)老化的橡膠層，中間是曲囊，內(nèi)置腰環(huán);底座2.5用來支撐和控制橡膠空氣彈簧2.4。
[0042]地上建筑物3.1底部的一小段固定在地基3.2上;地基3.2位于地上建筑物3.1和地下水3.3之間;地下水3.3位于模型箱的最下面，有一定的水壓力。
[0043]上部殼體4.1包圍在模型箱的外面，作用是使模型箱上下振動平穩(wěn)，在其上方能夠俯視觀察液化地基模型的變化情況。殼體座4.2由四根腿柱支撐，通過中空桌面和上部殼體4.1連成一體。
[0044]實施例3:—種液化地基模型試驗方法，含有以下步驟；
[0045]在液化地基模型試驗裝置工作時，首先把帶地基模型的模型箱I固定到豎直振動裝置2的橡膠空氣彈簧2.4上面，然后將固定殼體4套在模型箱I的外面，最后啟動豎直振動裝置2，當(dāng)橡膠空氣彈簧2.4膨脹時，頂起模型箱I豎直向上運動，模型箱I的連接塊1.2帶動第一連接桿2.3和第二連接桿2.8—起豎直向上運動，由于第一滑套2.2與第一連接桿2.3是固定連接而且套在第一支柱2.1上，所以第一滑套2.2也隨著第一連接桿2.3—起豎直向上運動；由于第二滑套2.7與第二連接桿2.8是固定連接而且套在第二支柱2.6上，所以第二滑套2.7也隨著第二連接桿2.8—起豎直向上運動；
[0046]當(dāng)橡膠空氣彈簧2.4收縮時，模型箱I豎直向下運動，模型箱I的連接塊1.2帶動第一連接桿2.3和第二連接桿2.8—起豎直向下運動，所以第一滑套2.2隨著第一連接桿2.3和第二滑套2.7隨著第二連接桿2.8—起豎直向下運動，重復(fù)以上振動過程，模型箱I中的地基模型3就會發(fā)生液化，地上建筑物3.1就會發(fā)生傾斜、下陷、結(jié)構(gòu)性損壞、甚至倒塌的情形，達(dá)到液化地基模型試驗的效果。
[0047]如上所述，對本發(fā)明的實施例進(jìn)行了詳細(xì)地說明，但是只要實質(zhì)上沒有脫離本發(fā)明的發(fā)明點及效果能夠有很多的變形，這對本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說是顯而易見的。因此，這樣的變形例也全部包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種液化地基模型試驗裝置，其特征在于包括模型箱、豎直振動裝置、地基模型和固定殼體，模型箱是由鋼板組成的箱式結(jié)構(gòu)，通過箱體底部的連接塊和豎直振動裝置固定在一起，第一支柱固定在地上；第一滑套套在第一支柱上，能夠沿著第一支柱在豎直方向滑動;第一連接桿固定在第一滑套上，能夠隨著第一滑套上下滑動，第二支柱固定在地上;第二滑套套在第二支柱上，能夠沿著第二支柱在豎直方向滑動;第二連接桿固定在第二滑套上，能夠隨著第二滑套上下滑動，模型箱分別連接第一連接桿和第二連接桿，連接塊(Q3此處應(yīng)為:第一連接桿和第二連接桿)和第一滑套(Q4此處應(yīng)為:第一滑套和第二滑套)能夠使連接塊與橡膠空氣彈貪接觸穩(wěn)定;橡膠空氣彈貪的兩端都由封端板封閉。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種液化地基模型試驗裝置，其特征在于橡膠空氣彈簧內(nèi)層是氣密性橡膠層，橡膠空氣彈簧外層是耐介質(zhì)老化的橡膠層，橡膠空氣彈簧中間是曲囊，橡膠空氣彈簧內(nèi)置腰環(huán);底座用來支撐和控制橡膠空氣彈簧。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種液化地基模型試驗裝置，其特征在于模型箱的外面包圍上部殼體，上部殼體的殼體座由四根腿柱支撐，殼體座通過中空桌面和上部殼體連成一體。4.一種液化地基模型試驗方法，其特征在于含有以下步驟； 首先把帶地基模型的模型箱固定到豎直振動裝置的橡膠空氣彈簧上面，然后將固定殼體套在模型箱的外面，最后啟動豎直振動裝置，當(dāng)橡膠空氣彈簧膨脹時，頂起模型箱豎直向上運動，模型箱的連接塊帶動第一連接桿和第二連接桿一起豎直向上運動，由于第一滑套與第一連接桿是固定連接而且套在第一支柱上，所以第一滑套也隨著第一連接桿一起豎直向上運動；由于第二滑套與第二連接桿是固定連接而且套在第二支柱上，所以第二滑套也隨著第二連接桿一起豎直向上運動； 當(dāng)橡膠空氣彈簧收縮時，模型箱豎直向下運動，模型箱的連接塊帶動第一連接桿和第二連接桿一起豎直向下運動，所以第一滑套隨著第一連接桿和第二滑套隨著第二連接桿一起豎直向下運動，重復(fù)以上振動過程，模型箱中的地基模型就會發(fā)生液化，地上建筑物就會發(fā)生傾斜、下陷、結(jié)構(gòu)性損壞、甚至倒塌的情形，達(dá)到液化地基模型試驗的效果。
【文檔編號】E02D33/00GK105971036SQ201610509239
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2016年6月30日
【發(fā)明人】孫書偉, 王京凱, 白大海
【申請人】中國礦業(yè)大學(xué)(北京)